(57)【要約】【解決課題】  サーマルプロテクタを使用する機器類において、機器類内部の回路基板の一層の小型化や製造コストの低減化を図ること。【解決手段】  固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させ、所定の作動温度で前記可動接点が前記固定接点から離反するように反転する熱応動素子からなる可動片と、前記固定片，固定接点，可動接点及び可動片を収容し、かつ、本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性のケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、外部に面するように前記ケースへ互いに非接触状態で並べて取り付けられた複数の端子片と、を備え、前記複数の端子片の一つを前記可動片と接続させ、前記ケース内に前記複数の端子片相互を電気的に接続する電気部品を備えたことを主要な特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させ、かつ所定の作動温度で前記可動接点が前記固定接点から離反するように反転する熱応動素子からなる可動片と、前記固定片，固定接点，可動接点及び可動片を収容し、かつ、本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性のケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、外部に面するように前記ケースへ相互に非接触状態で並べて取り付けられた複数の端子片と、を備え、前記複数の端子片の一つを前記可動片と接続させ、前記ケース内の前記複数の端子片相互を電気的に接続する電気部品を備えたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
【請求項２】
固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させる可動片と、所定の作動温度で前記可動接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、前記固定片，固定接点，可動接点，可動片及び熱応動素子を収容し、かつ本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性のケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、外部に面するように前記ケースへ相互に非接触状態で並べて取り付けられた複数の端子片と、を備え、前記複数の端子片の一つを前記可動片と一体に連続させ又は当該可動片と接続させ、前記ケース内の前記複数の端子片相互を電気的に接続する電気部品を備えたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
【請求項３】
前記電気部品は前記複数の端子片へ取り付けられている、請求項１又は２に記載のサーマルプロテクタ。
【請求項４】
前記電気部品は抵抗とコンデンサである、請求項１〜３のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
【請求項５】
前記抵抗とコンデンサーは、相互に並列に接続されている請求項４記載のサーマルプロテクタ。
【請求項６】
前記電子部品の取り付けは、半田付けにより行う請求項３〜請求項５のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
【請求項７】
前記半田はＰｂを含まない請求項６に記載のサーマルプロテクタ。
【請求項８】
前記複数の端子片相互の間には絶縁材料からなる隔壁が介在している、請求項１〜７のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
【請求項９】
電気部品により接続されている端子片相互は、電気部品との接続に必要な領域がケースの内側に露出した構造である請求項１〜請求項８のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
【請求項１０】
前記複数の端子片はケースの蓋体に取り付けられ、蓋体には前記複数の端子片が相互に被接触な状態で蓋体の内側に面するように収容孔が形成され、当該収容孔には前記電気部品が収容されている、請求項１〜８のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
【請求項１１】
電気部品により相互に接続されている端子片は板状でありその厚さは、０．２５ｍｍ以上である、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のサーマルプロテクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の作動温度に達したときの熱応動素子の反転作用により、可動接点を固定接点から離反させて回路を遮断する構造のサーマルプロテクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のサーマルプロテクタは、一般に各種モータ、各種機器類に用いられている二次電池などの過電流や過熱に対して、回路を遮断する保護部品として使用される。
後記の特許文献１には、固定接点を有する電流供給側端子板と、先端部に有する可動接点をばね作用により前記固定接点へ接触させる電流取出側端子板と、所定の作動温度で反転して可動接点を固定接点から離反させる熱応動素子（バイメタル，トリメタル等の板）とを筐体に取り付け、前記筐体の一面側に電流供給側端子板を、前記筐体の他面側に電流取出側端子板をそれぞれ設けたサーマルプロテクタ（過電流又は加熱制限素子）が開示されている。
サーマルプロテクタは機器類等の電気回路内に取り付けられ、過電流又は過熱により周囲温度が熱応動素子の作動温度以上に達すると、熱応動素子が反転して可動接点を固定接点から離反させることにより、両接点を通じて形成された回路を遮断し、機器類を過電流又は過熱から保護する。
【０００３】
前記サーマルプロテクタは、薄型でかつ小型に製造することができるが、これを例えば二次電池に取り付けて電池パックを構成し、当該電池パックを機器類の電気回路内に取り付け、例えば当該電気回路内における二次電池の電気容量を検出しようとすると、その検出のための電気部品は当該機器類の内部において電気回路内に接続すべく実装する必要がある。
前述のようなプロテクタないしブレーカとしての機能以外の目的のために使用される電気部品であって、機器類の電気回路内にサーマルプロテクタとともに接続する必要があるものの中には、その機能上又は機器内部の回路基板の大きさの制限などにより、機器類の内部の回路基板に実装するよりも電池パック側に設けるのが好ましいことが考えられる。
そして、前述のような電気部品をすべて機器類内部の回路基板に実装すると、当該基板の小型化を制約し、あるいは、回路基板へのより高密度の実装のため製造コストが増大する。
【特許文献１】特開２００３−１０９５８０号公報
【特許文献２】特開平７−４５１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、サーマルプロテクタを使用する機器類において、機器類内部の回路基板の一層の小型化や製造コストの低減化にあり、この課題を解決することができるサーマルプロテクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るサーマルプロテクタの一つは、前記課題を解決するため、固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させ、かつ所定の作動温度で前記可動接点が前記固定接点から離反するように反転する熱応動素子からなる可動片と、前記固定片，固定接点，可動接点及び可動片を収容し、かつ、本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性のケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、外部に面するように前記ケースへ相互に非接触状態で並べて取り付けられた複数の端子片と、を備え、前記複数の端子片の一つを前記可動片と接続させ、前記ケース内の前記複数の端子片を電気的に接続する電気部品を備えたことを主要な特徴としている。
【０００６】
本発明に係るサーマルプロテクタの他の一つは、前記課題を解決するため、固定接点を有する固定片と、先端部に有する可動接点をバネ作用により前記固定接点へ接触させる可動片と、所定の作動温度で前記可動接点が前記固定接点から離反するように前記可動片を作動させる熱応動素子と、前記固定片，固定接点，可動接点，可動片及び熱応動素子を収容し、かつ本体と当該本体へ接合された蓋体とからなる絶縁性のケースと、前記固定片と一体に連続し又は接続され前記ケースの外部に現われた端子部と、外部に面するように前記ケースへ相互に非接触状態で並べて取り付けられた複数の端子片と、を備え、前記複数の端子片の一つを前記可動片と一体に連続させ又は当該可動片と接続させ、前記ケース内の前記複数の端子片を電気的に接続する電気部品を備えたことを主要な特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るサーマルプロテクタは、密閉された絶縁性のケースに電流の流れ方向に沿って複数の端子片を設け、前記ケース内に、これらの端子片を接続する一つ又は複数の電気部品を設けたので、機器類内部の回路基板をより小型化することができるほか、当該基板に対する過度の高密度実装を防止してコストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面を参照しながら、本発明に係るサーマルプロテクタの好ましい実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るサーマルプロテクタ（請求項１に対応）を携帯電話機の二次電池（リチウムイオン電池）に取り付けた状態の部分断面図、図２は本発明の一実施形態に係るサーマルプロテクタを携帯電話機の二次電池に取り付けた状態の部分斜視図、図３は図１のサーマルプロテクタの分解平面図、図４はケースの蓋体の底面（裏面）図、図５は図４の矢印Ａ−Ａに沿う部分拡大断面図、図６は図１のサーマルプロテクタの接点が開いた状態の断面図である。
【０００９】
全体としてほぼ直方体形状である絶縁性のケース１は少なくとも、図示しない携帯電話機における二次電池８の取付面の幅（電池の厚み）とほぼ同じ幅を有し、本体１０と当該本体１０へ密閉状に接合された蓋体１１とから構成されている。本体１０と蓋体１１の接合面の一方には両端部に複数の位置決め孔１１３が形成され、他方には対応する位置決め孔１１３に挿入される位置決めピン１０３が形成されている。
ケース１内には、一端部上面に固定接点２が接続又はクラッドされている板状の固定片２０と、先端部に前記固定接点２と接触する可動接点３を有し、ばね性をもった熱応動素子（トリメタル又はバイメタル）４を兼ねる板状の可動片３０と、固定片２０に対して接触により接続しているＰＴＣ素子７とが封入されている。
固定接点２と可動接点３は、可動片３０のばね作用により所定の圧力で接触しており、熱応動素子４を兼ねる可動片３０が反転作動することにより離反するように構成されている。蓋体１１の天井面には、可動片３０が反転作動したときにその先端部が突き当たる突起１１０が形成され、可動片３０が反転姿勢でより強く突っ張るようになっている。
【００１０】
板状の固定片２０はケース１の本体１０の底部へ埋め込み状に設けられ、その一端部には本体１０のほぼ中央部に形成された露出孔１００から延び出した端子部２１が一体に形成されている。この端子部２１は、サーマルプロテクタを二次電池８に取り付けて電池パックを構成する際、スポット溶接により二次電池８の負極８０に接続される。
端子部２１は、スポット溶接をし易くし接続の信頼性向上を図るため、幅方向のほぼ中央部に長さ方向に沿ってスリット状の切欠部２１０（図３）を形成することにより、平面視において二股状を呈するように構成されている。端子部２１と外部電極とのスポット溶接性及び接続の信頼性を向上させるためには、図３のように二股状に形成することに代えて、図７で示すように端子部２１の幅方向のほぼ中央部に長さ方向に沿ってスリット状の孔２１１を形成してもよい。
【００１１】
熱応動素子４を兼ねる可動片３０は、反転作動部分がやや凸球面状又は凸円弧状になるように成形され、反転作動時に他の部材と緩衝しない限度ででき得る限り広い平面積を有するように設計されている。
可動片３０の基端部には、図３で示すように中央部に固定用の孔３２が形成され、この孔３２の両側に片方の位置決めピン１０３，１０３と対応する位置決め孔３３，３３が形成されている。可動片３０は、位置決めピン１０３，１０３が位置決め孔３３，３３に貫通した状態でその基端部が本体１０の上面周縁部の一端に固定されており、蓋体１１から延び出した接合片３１は、後述の第１の端子片５の蓋体１１から延び出した端部５１に対して溶接により接続されている。
【００１２】
固定片２０には、熱応動素子を兼ねる可動片３０の反転中心部（図１で上方へやや突出している部分）又はその近傍の直下に近接するように、ＰＴＣ素子７の下面側電極が接触状態で接続されている。したがって、可動片３０は周囲温度が一定以上に上昇して反転すると、両接点２，３が開くとともに当該可動片３０がＰＴＣ素子７に所定の圧力で接触し、固定片２０と可動片３０とがＰＴＣ素子７を介して電気的に接続する。
この実施形態では、ケース本体１０の内底面に固定片２０の上面が現われるようにＰＴＣ素子７とほぼ適合する平面形状の受入穴１０１を形成し、この受入穴１０１へＰＴＣ素子７を収容している。また、ＰＴＣ素子７がより一層安定した状態で固定片２０の上面へ接触するように、固定片２０の受入穴１０１から現われる部分に中心から等距離で９０度の角度間隔に四個の突起状台座２００をプレス成形し、この各突起状台座２００にＰＴＣ素子７の裏面側電極を接触させている。
【００１３】
蓋体１１には、一面が外部上方に面するようにそれぞれ板状の複数の端子片５と５０及び外部端子板６が互いに非接触状態で並べて固定されており、一方の端子片５（便宜上「第１の端子片」という。）と他方の端子片５０（便宜上「第２の端子片」という。）の間、他方の端子片５０と外部端子板６との間は、蓋体１１の一部を形成する隔壁１１１，１１２によりそれぞれ絶縁されている。
前記外部端子板６は蓋体１１の端部から必要量延び出しており、その延び出した端部は、サーマルプロテクタを二次電池８に取り付けて電池パックを構成する際に当該二次電池の正極８１に接続される。
【００１４】
蓋体１１の内側には、図４で示すように、第１の端子片５と第２の端子片５０との間の隔壁１１１をまたぎ、かつ各端子片５，５０の下面の一部がケース１の内側に現われる状態に二つの収容孔１１４が並列的に形成されている。これらの孔１１４，１１４には電気部品５ａがそれぞれ収容され、それらの電気部品５ａはその上の第１の端子片５と第２の端子片５０へそれぞれ半田付けにより接続されている。
半田には、例えばＳｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ等のＰｂなし（Ｐｂフリー）半田が使用される。この他、Ｓｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系，Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系，Ｓｎ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ｂｉ系，Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系，Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系の各合金が使用される。
この実施形態において、二つの電気部品５ａの一方はコンデンサ，他方は抵抗であり、図１及び図２のように二次電池８にサーマルプロテクタを取り付け、サーマルプロテクタの端子片５，５０及び外部端子板６をそれぞれプローブ９０，９１，９２を通じて図示しない携帯電話機の回路と接続すると、並列接続された電気部品５ａ，５ａであるコンデンサと抵抗により二次電池８の容量を検出することができる。
このように、サーマルプロテクタを電池と一体化して携帯電話機その他の機器類の回路内に組み込んだとき、サーマルプロテクタ内に電気部品５ａ，５ａが接続されていることにより、機器類の中の回路基板に当該電気部品５ａを取り付ける必要がなく、機器類の基板の小型化を達成し、基板に対する実装の高密度化による製造コストの高騰化を防止することができる。
板状の端子片５，５０の厚みは０．２５ｍｍ以上であるのが好ましい。端子片５，５０の厚みが０．２５ｍｍ以下であると、半田付けの熱により変形する場合があったり、携帯電話の端子との接触の繰り返しにより変形する等の不具合を生ずる。
【００１５】
この実施形態において、ケース１の蓋体１１の周縁部上面は端子片５，５０及び外部端子板６の上面から所定量上方に突出している（端子片５，５０及び端子板６の上面が周縁部上面より沈んでいる）。すなわち、後述のように本体１０と蓋体１１とを超音波接合法によって接合する際に、超音波接合装置のアンビルと相対する図示しない加圧工具をその上面に接触振動させたときに、端子片５，５０及び端子板６の上面に傷が付くのを防止している。
符号１０２は溶接の便宜のための孔、１０５，１１５はゲート位置決めのための穴である。
【００１６】
この実施形態において、固定接点２を含む固定片２０は、絶縁性樹脂からなる本体１０の内底面側へ埋め込み状になるようにインサート成形することにより、当該本体１０と一体化されている。
他方、第１の端子片５，第２の端子片５０及び外部端子板６は、絶縁性樹脂からなる蓋体１１とインサート成形することにより、当該蓋体１１と一体化されている。
サーマルプロテクタを製造するには、前述のようにそれぞれの部品が一体化されるように本体１０と蓋体１１とを成形した後、各電気部品５ａをそれぞれ端子片５，５０の裏面に半田付けする。そして、本体１０の受入穴１０１へＰＴＣ素子７を収容し、可動片３０の基端部を一部に挟んで本体１０の上に蓋体１１を超音波接合により密に接合し、可動片３０の接合片３１と第１の端子片５の外側の端部５１とを溶接する。
【００１７】
ケース１の本体１０と蓋体１１は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）その他の耐熱性に優れた樹脂を材質として成形される。特に二次電池８と一体化して電池パックを製造する場合には、２００℃以上の耐熱性を有する液晶ポリマーを使用するのが好ましい。
固定片２０及び端子部２１の材質は純ニッケルが好ましいが、リン青銅，Ｃｕ−Ｔｉ合金，Ｃｕ−Ｂｅ合金，洋白，黄銅，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金等の導電性材料を用いることができる。
固定接点２及び可動接点３の材質は、ニッケル−銀合金であるのが好ましく、例えばニッケル１０ｍａｓｓ％を含む銀合金であるのが特に好ましい。しかし、これらの部品には銅−銀合金、金−銀合金、炭素−銀合金、タングステン−銀合金等の接点材料を用いることができる。これらの接点２，３の固定片２０や可動片３０への接合は、クラッド，めっき，カシメその他具体的手段は問わない。
熱応動素子４を兼ねる可動片３０には、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金による高熱膨張金属材料と、Ｎｉ−Ｆｅ合金による低熱膨張金属材料とを積層させたものが使用される。
【００１８】
機器の対応する電極と接触させる端子片５，５０及び端子板６の露出面には、接触状態における電気抵抗を小さくするため、湿式メッキや適当な蒸着手段などにより金を被覆することができる。被覆金属には金のほか、銀，銅，パラジウム及びニッケルの中の一又は二以上の元素を用いることができる。
【００１９】
この実施形態のサーマルプロテクタは、二次電池８と一体化した状態で例えば携帯電話機の電気回路に接続されるようにセットして使用される。
このような機器へのセット状態で、正常に電流が流れているときは、図１のように可動片３０の弾性により可動接点３が固定接点２へ押し付けられた状態で接触している。
接点間に異常な電流が流れるかあるいは他の原因によりケース１内の温度が上昇し、ケース１内の温度が熱応動素子４を兼ねる可動片３０の作動温度以上に達すると、当該可動片３０がスナップ作用により上方へ凹球面状（皿状）に反るように反転する。可動片３０がこのように反転作動することにより、図６のように可動接点３を固定接点２から離反させ、接点間の電流を遮断する。
可動片３０が反転作動すると、当該可動片３０が反転によりＰＴＣ素子７へ所定の圧力で接触して当該ＰＴＣ素子７を固定片２０に押し付け、固定片２０と可動片３０が電気的に接続し、回路内にわずかに電流が流れることによりＰＴＣ素子７が定温発熱し、接点２，３間の電流を遮断し続ける。
【００２０】
前記実施形態のサーマルプロテクタは、これを電池と一体化して携帯電話機その他の機器類の回路内に組み込んだとき、ケース１内の複数の端子片５，５０が電気部品５ａ，５ａによって接続されていることにより、機器類の中の回路基板に当該電気部品５ａを取り付ける必要がなく、機器類の基板の小型化を達成し、基板に対する実装の高密度化による製造コストの高騰化を防止することができる。
【００２１】
その他の実施形態
図８は、本発明に係るサーマルプロテクタの他の実施形態（請求項２に対応）を示す部分断面図である。
この実施形態のサーマルプロテクタは、可動片３０をばね性を有する導電性の板で構成し、所定の作動温度での反転により可動接点３が固定接点２から離反するように前記可動片３０を作動させる熱応動素子４を別に設けたものである。
可動片３０の材質は、ステンレス合金が好ましいがＣｕ−Ｂｅ合金、リン青銅，Ｃｕ−Ｔｉ合金，洋白，黄銅，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金等の導電性を有するバネ材料を用いることができる。
熱応動素子４はＰＴＣ素子７の上面をカバーする状態に設置され、ＰＴＣ素子７の中心と熱応動素子４の反転中心部とが垂直方向にほぼ一致するようになっているので、ＰＴＣ素子７は、反転により所定の圧力で当該ＰＴＣ素子７に接触する熱応動素子４を介して可動片３０と接続する。
したがって、ＰＴＣ素子７の熱が熱応動素子４に確実に伝わるのでより安定して作動する。
図８の実施形態のサーマルプロテクタの他の構成や作用・効果は、図１〜図６の実施形態のサーマルプロテクタと同様であるので、それらの説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
前記実施形態では、サーマルプロテクタを携帯電話機の二次電池に取り付けた例を説明したが、本発明に係るサーマルプロテクタはその他の機器類の電気回路における保護装置として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーマルプロテクタを携帯電話機の二次電池（リチウムイオン電池）に取り付けた状態の部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るサーマルプロテクタを携帯電話機の二次電池に取り付けた状態の部分斜視図である。
【図３】図１のサーマルプロテクタの分解平面図である。
【図４】ケースの蓋体の底面（裏面）図である。
【図５】図４の矢印Ａ−Ａに沿う部分拡大断面図である。
【図６】図１のサーマルプロテクタの接点が開いた状態の断面図である。
【図７】固定片の変形例を示す平面図である。
【図８】他の実施形態のサーマルプロテクタの部分断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ケース
１０  本体
１０１  受入穴
１０３  位置決めピン
１１  蓋体
１１３  位置決め孔
１１４  孔
２  固定接点
２０  固定片
２００  突起状台座
２１  端子部
２１０切欠部
２１１  スリット状の孔
３  可動接点
３０可動片
３１  接合片
４  熱応動素子
５，５０  端子片
５ａ  電気部品
６  外部端子板
７  ＰＴＣ素子
８  二次電池
８０  負極
８１  正極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005135848.tif 000009
【図８】
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